第六章

函數(shù)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)類特別教材上海市高等學(xué)校信息技術(shù)水平考試參考教材Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)掌握函數(shù)的聲明與調(diào)用。理解并掌握函數(shù)的參數(shù)傳遞。理解變量的作用域。本章教學(xué)目標(biāo)

理解匿名函數(shù)的聲明和調(diào)用。了解函數(shù)的遞歸。了解生成器、裝飾器和閉包等函數(shù)的高級(jí)應(yīng)用。本章教學(xué)目標(biāo)01掌握函數(shù)的聲明與調(diào)用PARTONE6.1函數(shù)的定義與調(diào)用程序設(shè)計(jì)中，常需要將一些經(jīng)常重復(fù)使用的代碼定義為函數(shù)，方便重復(fù)調(diào)用執(zhí)行，以提高程序的模塊化程度和代碼的重復(fù)利用率，這就是自定義函數(shù)。前面章節(jié)我們已經(jīng)使用過(guò)一些函數(shù)，例如，最常用的輸出函數(shù)print(),以及導(dǎo)入math模塊后就可以使用的函數(shù)math.sin()等。它們作為內(nèi)置函數(shù)，為Python的操作、運(yùn)算提供了豐富的功能。函數(shù)由函數(shù)名、形式參數(shù)列表和函數(shù)體組成。自定義函數(shù)用關(guān)鍵字def聲明，函數(shù)的命名原則與變量相同。函數(shù)體使用縮進(jìn)表示與函數(shù)的隸屬關(guān)系。與其他高級(jí)語(yǔ)言不同，Python定義函數(shù)時(shí)既不需要聲明其返回類型，也不需要聲明參數(shù)的傳入類型。函數(shù)定義格式如下：6.1函數(shù)的定義與調(diào)用定義函數(shù)時(shí)，用來(lái)接收調(diào)用該函數(shù)時(shí)傳入的參數(shù)稱為形式參數(shù)(parameter),簡(jiǎn)稱形參。形參分為必選參數(shù)和可選(默認(rèn))參數(shù)，必選參數(shù)在調(diào)用函數(shù)時(shí)必須傳遞。定義函數(shù)時(shí)，可以同時(shí)給定默認(rèn)參數(shù)值。調(diào)用該函數(shù)時(shí)，若有參數(shù)傳遞則使用傳遞的參數(shù)，若沒(méi)有則使用默認(rèn)值。前面我們熟悉的函數(shù)print()中，end就是一個(gè)可選參數(shù)，默認(rèn)為end-^n',表示打印完畢換行，也可在調(diào)用時(shí)傳遞參數(shù)end="使其打印完畢后不換行。定義函數(shù)時(shí)，必選參數(shù)必須放在可選參數(shù)前面，否則會(huì)報(bào)錯(cuò)。6.1函數(shù)的定義與調(diào)用【例6-1】帶可選參數(shù)的函數(shù)調(diào)用示例。6.1函數(shù)的定義與調(diào)用函數(shù)在定義時(shí)，即使沒(méi)有參數(shù)傳遞的需要，冒號(hào)前也必須要有空括號(hào)。函數(shù)可以沒(méi)有return語(yǔ)句、沒(méi)有返回值，即返回值為None。在程序設(shè)計(jì)時(shí)還可能先建立一個(gè)空函數(shù)作為占位函數(shù)，其中的<執(zhí)行語(yǔ)句>僅為占位語(yǔ)句pass,待以后完善。例如：6.1函數(shù)的定義與調(diào)用調(diào)用自定義函數(shù)與前面我們調(diào)用Python內(nèi)置函數(shù)的方法相同，即在語(yǔ)句中直接使用函數(shù)名，并在函數(shù)名之后的圓括號(hào)中傳入?yún)?shù)，多個(gè)參數(shù)之間以半角逗號(hào)開(kāi)。調(diào)用函數(shù)時(shí)，實(shí)際傳遞給函數(shù)的參數(shù)稱為實(shí)際參數(shù)(argument),簡(jiǎn)稱實(shí)參。實(shí)參應(yīng)與形參的類型一致。即使不需要傳入實(shí)參，也要帶圓括號(hào)，如print()。6.1函數(shù)的定義與調(diào)用02參數(shù)的傳遞PARTTWO6.2.1關(guān)鍵字參數(shù)和默認(rèn)參數(shù)關(guān)鍵字參數(shù)用形參名作為關(guān)鍵字來(lái)接收傳入的參數(shù)值。通過(guò)關(guān)鍵字參數(shù)給定函數(shù)實(shí)時(shí)，不需要與形參的位置完全一致。定義函數(shù)時(shí)，給定了默認(rèn)參數(shù)值的關(guān)鍵字參數(shù)稱為默認(rèn)參數(shù)。默認(rèn)參數(shù)既可以不傳遞

參數(shù)直接使用默認(rèn)值，也可以傳入新的實(shí)參替代默認(rèn)值。值得注意的是，定義函數(shù)時(shí)，

默認(rèn)參數(shù)必須放在所有形參的最后。在調(diào)用函數(shù)時(shí)，在函數(shù)名后的圓括號(hào)內(nèi)用“形參名=參數(shù)值”的方式傳入?yún)?shù)，使用這Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(第3版)

種方式不必按照定義函數(shù)時(shí)形參的原有順序。例如：6.1函數(shù)的定義與調(diào)用6.2.2位置參數(shù)調(diào)用函數(shù)時(shí)，實(shí)參按照函數(shù)聲明時(shí)形參的先后順序依次傳遞，不必寫(xiě)出參數(shù)名。【例6-2】使用位置參數(shù)的函數(shù)調(diào)用示例。6.2.3可變參數(shù)所謂“可變”是指參數(shù)個(gè)數(shù)可變，可以用組合數(shù)據(jù)類型傳遞0至任意個(gè)參數(shù)。若在某個(gè)參數(shù)名前面加一個(gè)星號(hào)“*”,則表示該參數(shù)是一個(gè)元組類型的可變參數(shù)。在調(diào)用該函數(shù)時(shí)，依次將必須賦值的位置參數(shù)賦值完畢后，繼續(xù)依次從調(diào)用時(shí)所提供的參數(shù)元組中接收元素值從而為可變參數(shù)賦值。如果在函數(shù)調(diào)用時(shí)沒(méi)有提供元組類型的可變參數(shù)，則相當(dāng)于提供了一個(gè)空元組，即可變參數(shù)為0個(gè)?！纠?-3】帶元組類型可變參數(shù)的函數(shù)調(diào)用示例。

defprintse_series(d,*dtup):

print('必選參數(shù)：',d)

print('元組類型可變參數(shù)：',dtup)#不帶星號(hào)的實(shí)參整體作為元組對(duì)象

print('參數(shù)值依次為：’,*dtup)#帶星號(hào)的實(shí)參自動(dòng)解包依次傳遞參數(shù)6.2.3可變參數(shù)若在某個(gè)參數(shù)名前面加兩個(gè)星號(hào)“**”,則表示該參數(shù)是一個(gè)字典類型的可變參數(shù)。在調(diào)用該函數(shù)時(shí)，以關(guān)鍵字參數(shù)方式傳遞參數(shù)，即將字典的鍵作為關(guān)鍵字參數(shù)名，將字典的值作為參數(shù)值。6.2.3可變參數(shù)如果在函數(shù)調(diào)用時(shí)沒(méi)有提供字典類型的參數(shù)，則相當(dāng)于提供了一個(gè)空字典，即可變參數(shù)為0個(gè)。6.2.3可變參數(shù)【例6-4】帶元組類型和字典類型可變參數(shù)的函數(shù)調(diào)用示例。6.2.3可變參數(shù)6.2.4變量的作用域變量的作用域是指在程序中能夠?qū)υ撟兞窟M(jìn)行讀寫(xiě)操作的范圍。根據(jù)作用域的不同，變量分為函數(shù)中定義的變量(local,簡(jiǎn)記為L(zhǎng))、嵌套中父級(jí)函數(shù)的局部作用域變量(enclosing,簡(jiǎn)記為E)、模塊級(jí)別定義的全局變量(global,簡(jiǎn)記為G)和內(nèi)置模塊中的變量(built-in,簡(jiǎn)記為B)。程序執(zhí)行對(duì)變量的搜索和讀寫(xiě)操作時(shí)，優(yōu)先級(jí)由近及遠(yuǎn)，即函數(shù)中定義的變量>嵌套中父級(jí)函數(shù)的局部作用域變量>模塊級(jí)別定義的全局變量>內(nèi)置模塊中的變量，也就是LEGB。Python允許出現(xiàn)同名變量。若具有相同命名標(biāo)識(shí)的變量出現(xiàn)在不同的函數(shù)體中，則各自代表不同的對(duì)象，既不相互干擾，也不能相互訪問(wèn)；若具有相同命名標(biāo)識(shí)的變量出現(xiàn)在同一個(gè)函數(shù)體中或具有函數(shù)嵌套關(guān)系，則不同作用域的變量也各自代表不同的對(duì)象，程序執(zhí)行時(shí)按優(yōu)先級(jí)進(jìn)行訪問(wèn)。6.2.4變量的作用域在默認(rèn)條件下，不屬于當(dāng)前局部作用域的變量是只讀的，如果為其進(jìn)行賦值操作，則Python認(rèn)為在當(dāng)前作用域中又聲明了一個(gè)新的同名局部變量。當(dāng)內(nèi)部作用域中的變量需要修改全局作用域中的變量的值時(shí)，要在內(nèi)部作用域中使用關(guān)鍵字global對(duì)變量進(jìn)行聲明。同理，當(dāng)內(nèi)部作用域中的變量需要修改嵌套的父級(jí)函數(shù)的局部作用域中的變量的值時(shí)，要在內(nèi)部作用域中使用關(guān)鍵字nonlocal對(duì)變量進(jìn)行聲明。6.2.4變量的作用域【例6-6】全局變量聲明測(cè)試。6.2.4變量的作用域03匿名函數(shù)PARTTHREE6.3匿名函數(shù)匿名函數(shù)就是沒(méi)有實(shí)際名稱的函數(shù)。Python使用lambda語(yǔ)句來(lái)創(chuàng)建匿名函數(shù)，在lambda表達(dá)式中封裝簡(jiǎn)單的邏輯，其主體僅是一個(gè)表達(dá)式而不需要使用代碼塊。匿名函數(shù)適合處理不再需要在其他位置復(fù)用代碼的函數(shù)邏輯，可以省去函數(shù)的定義過(guò)程且不用考慮函數(shù)的命名。語(yǔ)法格式如下：04高階函數(shù)PARTFOUR6.4高階函數(shù)Python是面向?qū)ο蟮?，?duì)象名可以指向函數(shù)。高階函數(shù)(higher-orderfunction)就是允許將函數(shù)對(duì)象的名稱作為參數(shù)傳入的函數(shù)。注意，這里對(duì)象名的類型是函數(shù)，而不是字符串。【例6-7】高階函數(shù)調(diào)用示例。6.4高階函數(shù)6.4.1map()函數(shù)map()函數(shù)是Python內(nèi)置的高階函數(shù)，其表達(dá)式如下：6.4.1map()函數(shù)6.4.2filter()函數(shù)filter()函數(shù)也是Python內(nèi)置的高階函數(shù)，其表達(dá)式與map()函數(shù)類似：filter(<函數(shù)>,<可迭代對(duì)象>}所不同的是，第一個(gè)參數(shù)<函數(shù)>必須返回True或False,其功能是不需要循環(huán)遍歷，將<可迭代對(duì)象>中的對(duì)應(yīng)元素根據(jù)<函數(shù)>的返回值篩選后的結(jié)果組成新的可迭代對(duì)象。6.4.2filter()函數(shù)6.4.2reduce()函數(shù)reduce()函數(shù)是Python內(nèi)置functools包中的高階函數(shù)，其表達(dá)式如下：

reduce(<函數(shù)>,<可迭代對(duì)象>)其功能是不需要循環(huán)遍歷，逐個(gè)對(duì)<可迭代對(duì)象>中的對(duì)應(yīng)元素進(jìn)行操作，返回最終結(jié)果。05遞歸PARTFIVE6.5

遞歸遞歸(recursion)是一種調(diào)用函數(shù)自身的算法，其實(shí)質(zhì)是把問(wèn)題分解成規(guī)?？s小的同類子問(wèn)題，然后分治求解。遞歸屬于計(jì)算思維中的分治算法，將問(wèn)題分而治之，通過(guò)解決子問(wèn)題得到問(wèn)題的解。能夠遞歸解決的問(wèn)題，要求子問(wèn)題的每個(gè)步驟具有相同的結(jié)構(gòu)形式。假如要解決問(wèn)題f(n),必先要解決f(n-1);而要解決f(n-1),又必先要解決f(n-2)……直到最先要解決的f(1)。遞歸的思路就是子問(wèn)題解決了，再反復(fù)執(zhí)行等價(jià)方法解決問(wèn)題。能夠設(shè)計(jì)成遞歸算法的問(wèn)題必須滿足兩個(gè)條件：①能找到反復(fù)調(diào)用自身縮小問(wèn)題規(guī)模的等價(jià)方法；②能找到結(jié)束反復(fù)執(zhí)行的邊界條件(遞歸出口)。設(shè)計(jì)遞歸函數(shù)的關(guān)鍵在于找到邊界條件和調(diào)用自身的等價(jià)方法。6.5

遞歸6.5

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遞歸遞歸和循環(huán)方法都是重復(fù)、多次計(jì)算相同的問(wèn)題。遞歸通常在函數(shù)內(nèi)部調(diào)用這個(gè)函數(shù)本身，當(dāng)邊界條件不滿足時(shí)，遞歸前進(jìn)；當(dāng)邊界條件滿足時(shí)，遞歸終止。而循環(huán)則通過(guò)設(shè)置初始值和終止條件，在一個(gè)范圍內(nèi)重復(fù)運(yùn)算。通常，能夠用循環(huán)解決的問(wèn)題，也可以用遞歸解決。解決同樣的問(wèn)題，遞歸的代碼更簡(jiǎn)潔清晰，可讀性更好，但遞歸的時(shí)間和空間資源消耗較大，深度較大的遞歸運(yùn)算甚至?xí)斐上到y(tǒng)崩潰。而循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行效率高，運(yùn)行時(shí)間只會(huì)因循環(huán)次數(shù)增加而增加，沒(méi)有其他資源消耗。6.5

遞歸【例6-11】例3-10用循環(huán)方法計(jì)算兀的近似值，也可以設(shè)計(jì)成用遞歸方法實(shí)現(xiàn)。輸入多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù)，輸出π的近似值。公式如下：6.5

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遞歸06函數(shù)的高級(jí)應(yīng)用PARTSIX6.6.1生成器前面介紹過(guò)，使用列表解析語(yǔ)句可以創(chuàng)建列表，但如果這個(gè)列表中的元素很多，則會(huì)占用很多的內(nèi)存資源。如果程序僅需要訪問(wèn)其中的幾個(gè)元素，則絕大多數(shù)元素所占用的空

間都被浪費(fèi)了。生成器(generator)是能夠按照解析表達(dá)式逐次產(chǎn)生出數(shù)據(jù)集合中的數(shù)據(jù)項(xiàng)的函數(shù)。在Python中，利用生成器，可不必創(chuàng)建完整的數(shù)據(jù)集合，從而節(jié)省了存儲(chǔ)空間。生成器與普通函數(shù)的差別主要在于，生成器函數(shù)體中用關(guān)鍵字yield生成數(shù)據(jù)項(xiàng)，而不是用print()函數(shù)輸出數(shù)據(jù)項(xiàng)。生成器用循環(huán)遍歷時(shí)，可以用__next__()方法獲取yield生成的數(shù)據(jù)項(xiàng)(此處next的兩側(cè)分別為兩個(gè)半角下畫(huà)線)生成器與普通函數(shù)的執(zhí)行流程不同。普通函數(shù)是順序執(zhí)行的，遇到retum語(yǔ)句或最后一條語(yǔ)句就返回。而生成器在每次調(diào)用next__()方法的時(shí)候才會(huì)執(zhí)行，遇到y(tǒng)ield語(yǔ)句返回，再次執(zhí)行時(shí)不會(huì)從頭開(kāi)始，而是從上次返回的yield語(yǔ)句處繼續(xù)執(zhí)行。6.6.1生成器運(yùn)行結(jié)果：6.6.1生成器6.6.2裝飾器與閉包前面介紹高階函數(shù)時(shí)已提到，對(duì)象名可以指向函數(shù)，函數(shù)對(duì)象名能夠作為參數(shù)傳入高階函數(shù)。這里進(jìn)一步利用包裝函數(shù)的函數(shù)——裝飾器(decorator)——為已經(jīng)存在的函數(shù)增加功能。如果需要添加輸出原始數(shù)據(jù)的功能，則必須重寫(xiě)return語(yǔ)句，并且會(huì)改變返回值的類型。對(duì)于已經(jīng)編寫(xiě)完成的程序，改動(dòng)一處可能會(huì)造成其他相關(guān)部分出錯(cuò)。利用裝飾器，則

可以在不必改動(dòng)原有函數(shù)的前提下增加功能。裝飾器經(jīng)常被用于事務(wù)處理、日志記錄、

權(quán)限驗(yàn)證、調(diào)試測(cè)試等有需求的場(chǎng)景。6.6.2裝飾器與閉包在上述裝飾器decorator()的函數(shù)定義中，又定義了一個(gè)新函數(shù)new_f()來(lái)包裝傳入的函數(shù)f,用retumf(x,y)在不改變?cè){(diào)用結(jié)果的前提下，增加了輸出原始數(shù)據(jù)的功能。裝飾器的返回值是一個(gè)函數(shù)對(duì)象。調(diào)用裝飾器時(shí)，只需要在原函數(shù)定義前用“@”引導(dǎo)裝飾器即可。這種對(duì)原功能沒(méi)有影響，卻能方便程序員使用的語(yǔ)法稱為語(yǔ)法糖(syntacticsugar)。使用語(yǔ)法糖能夠增強(qiáng)程序的可讀性，減少代碼出錯(cuò)的概率。6.6.2裝飾器與閉包【例6-14】利用裝飾器為前述add()函數(shù)添加輸出原始數(shù)據(jù)的功能并進(jìn)行測(cè)試6.6.2裝飾器與閉包若調(diào)用某函數(shù)時(shí)，該函數(shù)將其內(nèi)部定義的函數(shù)作為返回值，則所返回的函數(shù)稱為閉包(closure)?；蛘哒f(shuō)，如果在一個(gè)內(nèi)部函數(shù)里，對(duì)外部作用域中的變量(非全局變量)進(jìn)行引用，這個(gè)內(nèi)部函數(shù)就是閉包。